高信頼性と低ボイドを実現する強化はんだプリフォームに関する一連の投稿の最終回です。今回は、私たちが実際にAvoid The Void®を 実現できたかどうかを検証するDOEの結果に焦点を当てます。
DOEで得られたボイドデータを分析したところ、強化はんだプリフォームの設計間で明確に識別できる違いがいくつかありました。データの概要を以下に示します。
スタンドオフ・タイプの場合、最初の2文字（LMまたはSM）はスペーシング量を示す。2番目の2文字はスタンドオフの量を示す（04は0.004″、08は0.008″）。すべての設計の平均ボイド率は10%未満であった！そのうち5つの設計では、10％を超えるデータポイントがなかった。特定の属性の有意性を判定するために、さらなる分析が行われた。この統計分析では、P値が0.05未満であれば、少なくとも1つの因子の平均が統計的に異なっていることになる。
プリフォーム全体の厚みの影響を見る際には、スタンドオフのタイプを分離した。したがって、LM04、LM08、およびSM04のデータセットを別々に調べた。いずれの場合も、プリフォーム全体の厚みが厚いほどボイドの発生は少なかった。この分析の概要を以下に示す。
ボイドは表面張力によって溶融はんだの周囲に押し出されるため、溶融はんだの外に逃げ出します。溶融はんだ中の未溶融金属は、これらのボイドが逃げる経路を妨げる可能性があります。より多くのはんだを利用できるようにすることで、はんだ接合部が完全に崩壊する前に、ボイドを金属マトリックスの周囲に逃がすことができます。
スタンドオフ材の充填密度を調べる際、SM と LM のボイドの違いをプリフォーム全体の厚さごとに個別に調べた。この分析を以下に要約する。
ここでの結果はそれほど明確ではない。厚さ0.016″と0.010″のプリフォームでは、充填密度はボイド性能に大きな影響を与えませんでした。0.012″の厚さでは、SM製品はLMよりも統計的に優れていた。これらの結果から、充填密度がボイド発生に何らかの影響を及ぼすと断定することはできない。このデータは、せいぜいこの要因がボイド発生にわずかに寄与する程度であることを示唆している。
スタンドオフの厚みも調べた。この場合、LM04とLM08をプリフォームの厚さごとに比較した。どのプリフォーム厚さでも、スタンドオフが高い（08）方が、常に統計的に有意にボイド発生量が多くなった。これもまた、スタンドオフ材がボイドの脱出を妨げていることに関連して説明できる。08材は厚いため、04材に比べてプリフォームに埋め込まれるスタンドオフ金属の全体量が多くなる。より多くの固形材料は、ボイドが溶融はんだから逃げる能力を妨げる可能性がある。概要は以下の通り。
この研究で分析された最後のパラメーターは、フラックスの割合である。酸化物の除去と揮発の化学的性質に基づけば、フラックスが多いほどボイドが多くなると予想される。基本的に、製品がリフローを通過する際、フラックスは金属表面の酸化物を除去する。その酸化物除去の過程で、若干の蒸気が発生する。さらに、フラックスには、高温で揮発する非活性成分がある。これらのフラックスの特性の両方が、溶融はんだに蒸気を巻き込む結果になる可能性がある。しかし、今回の研究では、1%と2%のフラックスの間に有意な差は見られなかった。おそらくフラックスの1%の差は、ボイド発生に影響を与えるほどではなかったと推測される。これは、さらなる研究が必要な分野である。
要約すると、強化はんだプリフォームに関する研究は、一貫したはんだ接合ボンドラインを提供することにより、はんだ接合の信頼性を向上させるのに役立つことを示しています。また、プリフォームの最終的な厚み、スタンドオフ材の充填密度、スタンドオフの厚みのすべてを調整することで、はんだ接合部のボイド量に影響を与えることができることも示されています。強化プリフォームの設計を最適化することで、この技術が高信頼性でボイドの少ないはんだ接合を実現できることは明らかである。この技術は、はんだ接合部の崩壊が抑制されないと過大になる可能性がある重い部品を扱う場合に、より必要とされるものであろう。この技術は、（はんだの崩壊を制御するためのワイヤボンド縫合などの）追加的なプロセス工程を発生させることなくスタンドオフを組み込むもので、組立業者の時間とコストを節約することができます。
次の機会まで、
アダム
